POKUSY Z CHEMIE I PRAKTICKÉHO ŽIVOTA A EXPERIMENTY S MIKROVLNNOU TROUBOU Renata Šulcová a Hana Böhmová Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy v Praze 2007
Laboratorní experimenty s přírodními látkami 1. Identifikace tuku v potravinách Zjistěte, zda je v použitých potravinách přítomen tuk. Chemikálie: roztok Sudánu III v ethanolu, ethanol, vzorky olejnatých plodů (slunečnicová a dýňová semínka, ořechy), máslová sušenka, kvasnice filtrační papír, nůžky, 2 kádinky, třecí miska s tloučkem Filtrační papír nastříhejte na čtverce asi 4 x 4 cm. V jejich středu pak rozmáčkněte vzorek (např. jádro ořechu, kvasnice rozetřené s křemenným pískem), odstraňte zbytky materiálu a příp. papír osušte. Všimněte si, zda na papíře zůstala mastná skvrna. Papírky pak namočte na 2 minuty do roztoku Sudanu III, poté je vyjměte a proplachujte v kádince s čistým ethanolem, dokud se nevymyje přebytečné barvivo. Pokud byly ve vzorku přítomné lipidy, bude v místě aplikace červená skvrna. 2. Vlastnosti tuků Zjistěte, zda je v použitých potravinách přítomen tuk. Chemikálie: 1,2-dichlorethan, 5% roztok bromu v 1,2-dichlorethanu, 5% roztoky olejů, sádla a přepuštěných másel a tuků v stejném rozpouštědle (lze použít i např. chloroform, ale pozor na nebezpečnost!), konc. H 2 SO 4, acetanhydrid kádinky, sada zkumavek s označením, kapátka A. Stupeň saturace tuků Titrujte 10 kapek 5% roztoku zkoumaného tuku v 1,2-dichloethanu v mikrozkumavce po kapkách bromovým roztokem Br 2 v 1,2-dichlorethanu (4 ml Br 2 v 250 ml rozpouštědla), dokud se barva nepřestane měnit. Porovnejte počet kapek potřebných k titraci vzorků. Seřaďte použité tuky podle stupně saturace (nasycení dvojných vazeb). Vysvětlete, jak souvisí saturace se zdrojem a skupenstvím tuku. Kvalitativní provedení: 5 ml rostlinného oleje s pěti kapkami jódové tinktury protřepejte, přidejte škrobový maz. B. Liebermannův-Buchardův test na obsah sterolů (cholesterolu) K 10 kapkám roztoku tuku ve zkumavce přidejte 3 kapky acetanhydridu a 1 kapku konc. H 2 SO 4. Test je pozitivní, pokud se do několika minut (max. 10 minut) objeví zelené zbarvení; podle jeho intenzity lze posoudit obsah cholesterolu. Vytvořte škálu tuků podle obsahu cholesterolu a jiných sterolů (= hnědé zbarvení směsi ostatních sterolů a fytosterolů).
3. Vitamin C v ovoci a zelenině Experimentálně ověřte přítomnost vitaminu C ve vzorcích ovoce a zeleniny. Chemikálie: 5% roztok chloridu železitého, 5% roztok hexakyanoželezitanu draselného, tableta Celaskonu, vzorek jablka, citrónu, cibule, mrkve, brambory apod. třecí miska s tloučkem, filtrační kruh, nálevka, filtrační papír, zkumavka Rozetřete asi 5 g vzorku v 5 ml destilované vody v třecí misce a směs přefiltrujte do čisté zkumavky. K filtrátu přidejte asi 2 ml roztoku chloridu železitého a potom stejný objem roztoku hexakyanoželezitanu draselného. Zaznamenejte barevné změny ve zkumavce, porovnejte výsledky u použitých vzorků ovoce a zeleniny s kontrolním vzorkem Celaskonem. Popište chemický průběh důkazu, eventuálně zapište chemickou rovnici reakce. Kvantitativní určení množství vitaminu C v nápojích (námět): Chemikálie: tablety Celaskonu, 0,1% roztoky vitaminu C (jablečný a pomerančový džus, limonáda, šťáva z kompotu), 6M kyselina octová, roztok I 2 (0,125% I 2, 1% KI), 1% roztok škrobu titrační baňky, byreta, pipeta, milimetrový papír. Pro titraci se používá roztok jodu v KI a detekuje se pomocí reakce jodu se škrobem (vznik modrého zbarvení v bodě ekvivalence). Nejprve si studenti připraví kalibrační křivku pomocí titrace standardu (Celaskon, raději nerozpustný ): do 125 ml titrační baňky odpipetovat 25 ml standardu o známé koncentraci, přidat 2 ml 6M kyseliny octové a 3 ml 1% škrobu. Pomocí byrety titrovat a zaznamenat spotřebu. Poté zakreslit titrační křivku. Pro vlastní titraci se použije přefiltrovaný jablečný a pomerančový džus, limonáda bez bublin a šťáva z kompotu. Postup stejný jako v případě přípravy titrační křivky, podle spotřeby roztoku jodu odečítáme příslušné koncentrace vitaminu C. 4. Vitamin A v potravinách Experimentálně ověřte přítomnost vitaminu A ve vzorcích potravin. Chemikálie: 1,2-dichlorethan nebo chloroform, zdroje vitamínu A (rostlinný olej, máslo, rybí tuk, vitamín A (Slovakofarma, z lékárny), acetanhydrid, krystalický chlorid antimonitý zkumavky s označením A až E, pipeta nebo odměrná zkumavka
Připravte 5 zkumavek A až E. Do zkumavky A vpravte tyčinkou kousek másla, do B kapku rostlinného oleje, do C kapku rybího tuku, do D kapku vitamínu A z lékárny, E je určena pro slepý pokus. Do každé zkumavky přidejte 2 cm 3 1,2-dichlorethanu nebo chloroformu. Po vyčeření roztoků přidejte do každé zkumavky 1 kapku anhydridu kyseliny octové a jeden krystalek chloridu antimonitého. Srovnejte vzorky podle intenzity modrého zbarvení podle koncentrace vitaminu A. 5. Štěpení sacharózy kyselou hydrolýzou Proveďte kyselou hydrolýzu sacharózy. Úspěšnost štěpení ověřte pomocí důkazu redukujících cukrů Fehlingovou zkouškou. Chemikálie: pentahydrát síranu měďnatého 5% roztok (5% roztok modré skalice), hydroxid sodný 10% roztok (10% roztok uhličitanu sodného prací sody), kyselina sírová 10% (3 krystalky kyseliny citronové), sacharóza (cukr) 2 zkumavky ve stojánku (průhledné nádobky), skleněná tyčinka (špejle), kádinka (hrneček), kahan, trojnožka, síťka, zápalky (malý hrnec a vařič), velká kádinka (velký hrnek), rychlovarná konvice 1 lžičku sacharózy rozpusťte ve 100 ml vody, 10 ml roztoku odlijte stranou, do zbytku přidejte 3 kapky kyseliny sírové a směs přiveďte k varu. Do první zkumavky vlijte 7 ml původního roztoku sacharózy, do druhé 7 ml roztoku povařeného s kyselinou. K oběma vzorkům přidejte 2 ml 10% roztoku NaOH, a zamíchejte. V rychlovarné konvici uvařte 300 ml vody, vroucí vodu nalijte do velké kádinky a do této lázně vložky zkumavky s reakční směsí tak, aby vroucí voda nenatekla dovnitř. Do každé zkumavky přidejte 1 ml 5% roztoku CuSO 4 a zamíchejte (vzniká modrá sraženina). Po 5 10 minutách v horké lázni pozorujte barevné změny v jednotlivých zkumavkách, zaznamenejte je do tabulky. (V laboratoři lze vroucí lázeň nahradit zahříváním zkumavky v plameni kahanu.) Rozhodněte, zda povařením s kyselinou došlo k hydrolýze sacharózy. Své rozhodnutí vysvětlete, určete produkty hydrolýzy. 6. Enzymatické štěpení sacharózy Proveďte enzymatickou hydrolýzu sacharózy pomocí enzymu invertasy z pekařských kvasnic. Úspěšnost štěpení ověřte na důkazu redukujících cukrů Fehlingovou zkouškou. Zkoumejte vliv teploty a přítomnosti měďnatých iontů na funkci enzymu invertasy. Chemikálie: pentahydrát síranu měďnatého 5% roztok (5% roztok modré skalice), hydroxid sodný 10% roztok (10% roztok uhličitanu sodného prací sody), sušené droždí (instantní, v sáčku), sacharóza (cukr)
sada zkumavek ve stojánku (průhledné nádobky), skleněná tyčinka (špejle), kádinka (hrneček), kahan, trojnožka, síťka, zápalky (malý hrnec a vařič), velká kádinka (velký hrnek), rychlovarná konvice, mrazák 1 lžičku sacharózy rozpusťte ve 100 ml vody. Do 4 zkumavek nalijte vždy 5 ml roztoku sacharózy. Do všech přisypte na špičku nože sušeného droždí a zamíchejte. Do první zkumavky přilijte 5 10 ml roztoku síranu měďnatého. Druhou zkumavku dejte do vroucí vodní lázně na vařiči nebo nad kahanem a nechte vařit 2 3 minuty. (Třetí zkumavku umístěte do mrazáku.) Čtvrtou zkumavku umístěte do kádinky naplněné teplou vodou z vodovodu. Do páté kontrolní zkumavky nalijte pouze 5 ml roztoku sacharózy. Do šesté kontrolní zkumavky nalijte pouze 5 ml vody a rozmíchejte v ní na špičku nože sušeného droždí. Všechny zkumavky ponechte nejméně 30 minut stát. Poté proveďte ve všech důkaz na přítomnost redukujících sacharidů: Ke všem vzorkům přidejte 2 ml 10% roztoku NaOH a zamíchejte. V rychlovarné konvici uvařte 300 ml vody, vroucí vodu nalijte do velké kádinky a do této lázně vložky zkumavky s reakční směsí tak, aby vroucí voda nenatekla dovnitř. Do každé zkumavky přidejte 1 ml 5% roztoku CuSO 4 a zamíchejte (vzniká modrá sraženina). Po 10 minutách v horké lázni pozorujte barevné změny v jednotlivých zkumavkách, zaznamenejte je do tabulky. (V laboratoři lze vroucí lázeň nahradit zahříváním zkumavky v plameni kahanu.) Rozhodněte, ve kterých případech došlo k hydrolýze sacharózy. Své rozhodnutí vysvětlete, určete produkty hydrolýzy. Posuďte vliv teploty a přítomnosti měďnatých iontů na funkci enzymu invertasy. 7. Rostlinné proteázy (demonstrační) Na základě experimentu určete druhy ovoce, které obsahují ve větším množství proteázy, tj. enzymy rozkládající bílkoviny. Chemikálie: želatina, šunkový salám nebo Vysočina, jablko, citron, čerstvé kiwi nebo čerstvý ananas Petriho miska (talířek), nůž, kádinka, kahan, trojnožka, síťka, zápalky, tyčinka (malý hrnec, vařič a lžíce), tři krystalizační misky (tři mističky), párátko Kolečko salámu položte na Petriho misku, na něj dále od sebe rozložte část plátku citronu, jablka a kiwi. Nechte jeden den, poté pozorujte strukturu salámu pod jednotlivými druhy ovoce. Vyzkoušejte, jak silnou stopu zanechá škrábnutí párátkem na místech ovlivněných jednotlivými druhy ovoce. Podle návodu připravte asi 150 ml želatiny, nalijte do tří nádobek a nechte (přes noc) ztuhnout. Na každou z misek položte plátek ovoce a nechte půl dne působit. Pozorujte strukturu želatiny pod jednotlivými druhy ovoce.
8. Příprava anthokyanidinů štěpením jejich oligomerů Proveďte štěpení proanthokyanidinů z kakaa nebo hroznových semínek. Barevnými změnami výchozích látek a produktů v závislosti na ph ověřte, že k rozštěpení skutečně došlo. Chemikálie: kyselina sírová 10% roztok, hydroxid sodný 10% roztok, ethanol, kakaový prášek nebo 40 semínek z hroznového vína dvě kádinky 150 ml, skleněná tyčinka, třecí miska s tloučkem, kahan, trojnožka, azbestová síťka, zápalky, chňapka, 5 zkumavek ve stojánku Semínka z kuliček hroznového vína omyjte a rozetřete v třecí misce s 50 ml horké vody a 25 ml suspenze odlijte do kádinky. Pokud použijete kakaový prášek, lžičku prášku rozmíchejte ve 50 ml horké vody, přebytečný prášek nechte usadit a 25 ml hnědé tekutiny slijte do kádinky. Do kádinky se suspenzí zrníček či kakaového prášku přidejte 10 ml ethanolu a 10 ml 10% kyseliny sírové. Nad kahanem přiveďte k varu a vařte 10 minut. Měla by být patrná barevná změna suspenze (hnědá kakaová suspenze dostává červený nádech, béžová zrníčková drť je nyní žlutooranžová). Obsah kádinky nechte vychladnout. Proveďte zkoušku s původní (nepovařenou) semínkovou drtí či kakaovou suspenzí do tří zkumavek nalijte vždy 5 ml suspenze, do první přidejte 1 ml 10% hydroxidu sodného, do třetí 1 ml 10% kyseliny sírové. Pozorujte barevné změny. Proveďte zkoušku s rozštěpenou semínkovou drtí či kakaovou suspenzí do zkumavky nalijte 7 ml suspenze a přidávejte roztok 10% roztok hydroxidu sodného, dokud nedojde ke změně barvy. (Uvědomte si, že neutralizujete kyselinu sírovou, se kterou jste suspenzi vařili, takže je potřeba přidat větší množství hydroxidu. Můžete také použít koncentrovanější roztok hydroxidu sodného.) Změna barvy signalizuje definitivní rozštěpení proanthokyanidinů. Poznamenejte si barvu produktů štěpení v zásaditém prostředí. Nyní polovinu obsahu odlijte do čisté zkumavky a přidávejte 10% roztok kyseliny sírové, dokud nedojde ke změně barvy. Poznamenejte si barvu produktů štěpení v kyselém prostředí. Porovnejte barevné změny původních proanthokyanidinů a produktů jejich štěpení v závislosti na ph. Porovnejte barevné změny produktů v závislosti na ph s barevnými změnami anthokyanidinů z ovoce nebo květů. 9. Fluorescence rostlinných barviv Pozorujte fluorescenci barviva berberinu ve vzorcích vlaštovičníku či dřišťálu. Chemikálie: rostlinné vzorky vlaštovičník větší (nať, listy), dřišťál (planá i parková červená varianta, nejlépe měkké výhonky větviček nebo hroznovitá květenství). Pozor, obě rostliny jsou jedovaté, u citlivých jedinců může při
kontaktu vlaštovičníkového latexu ( mléka ) dojít k podráždění či poškození kůže. filtrační papír, nůžky, UV lampa (stačí kapesní, pro kontrolu bankovek) Vzorek rostliny vložte do přeloženého kousku filtračního papíru a přes papír rozdrťte lžící, rovnou stranou paličky na maso, hrnečkem atd. Papír rozevřete a zbytky rostliny seškrábejte nožem. Otisky rostliny na papíře pozorujte pod UV lampou. (Papírky s otisky lze uschovat a pozorovat i po několika dnech.) Pokud pracujete s vlaštovičníkem, stačí na kousek filtračního papíru nanést menší množství žlutooranžového latexu ( mléka ) vytékajícího z poraněné rostliny. 10. Oscilační reakce Pozorujte průběh oscilační redoxní reakce. Chemikálie: koncentrovaná kyselina sírová, bromičnan sodný, bromid sodný, kyselina malonová, feroin (nebo heptahydrát síranu železnatého a o-fenantrolin) Petriho miska o průměru 9 cm, pipeta na 10 ml a 5 ml, odměrný válec 20 ml a 100 ml, váhy, lžička Příprava roztoků: Roztok A : Do 67 ml destilované vody vody přidejte 2 ml koncentrované kyseliny sírové a 5 g bromičnanu sodného. Výsledný roztok by měl mít objem 70 ml. Roztok B: 1 g bromidu sodného rozpusťte v 7 ml destilované vody, doplňte na objem 10 ml. Roztok C: 1 g kyseliny malonové rozpusťte v 7 ml destilované vody, doplňte na objem 10 ml. Roztok D: Roztok feroinu o koncentraci 0,025mol/l. (Lze připravit i takto: 0,35 g heptahydrátu síranu železnatého rozpusťte ve 40 ml vody a přidejte 0,74 g o-fenantrolinu. Proběhne komplexotvorná reakce, při níž vzniká krvavě červený feroin. Roztok doplňte na objem 50 ml.) Provedení reakce: Na Petriho misku odpipetujte 6 ml roztoku A, 0,5 ml roztoku B a 1 ml roztoku C. Výsledkem je intenzivní žluté zbarvení bromu, který vzniká redoxní reakcí (synproporcionací) bromidu a bromičnanu. Roztok promíchávejte, dokud žluté zbarvení nezmizí. Pak přidejte 1 ml roztoku D, zamíchejte a pozorujte. Roztok D (feroin) nesmí být přidán dříve, než žluté zbarvení v Petriho misce zmizí! V opačném případě vznikne sraženina bromderivátu feroinu, která již nebude fungovat jako redoxní indikátor.
11. Rostlinná barviva chromatografie, fluorescence Pomocí chromatografie na tenké vrstvě rozdělte barviva obsažená v zelených listech břečťanu nebo v paprice. Pozorujte fluorescenci barviva chlorofylu. Chemikálie: aceton, benzín, 2-propanol, ethanol, CaCO3, jemný písek nebo křemenný prach, čerstvé či sušené listy (pokud možno sytě zelené a nepříliš dužnaté), sušená mrkev nebo paprika. desky pro chromatografii na tenké vrstvě (Silufol), vyvíjecí nádoby, skleněné kapiláry (či kapátka), třecí miska s tloučkem, váhy, filtrační kruh, nálevka, filtrační papír (vata), obyčejná měkká tužka, pravítko, nůžky, zkumavky, pinzeta. Extrakce barviv: Asi 2 g čerstvých či sušených listů (pokud možno sytě zelených a nepříliš dužnatých), nebo sušené mrkve či mleté papriky rozetřete v misce s malým množstvím písku nebo křemenného prachu a přidejte na špičku lžičky CaCO 3. Větší kusy je vhodné předem nastříhat na malé kousky. K rozmělněnému materiálu přidejte 1 ml acetonu a po chvíli roztíraní ještě 5 ml benzínu a důkladně promíchejte. Pozor na otevřený oheň při práci s hořlavinami I. třídy! Vzniklou směs pak přefiltrujte přes skládaný filtr nebo vatu.! POZOR extrakt by neměl přijít do kontaktu s vodou jinak může dojít k vysrážení barviv!! Proto také nenamáčejte filtr před filtrací do vody! Pozn.: Většina vyextrahovaných barviv se rozkládá na vzduchu a na světle, pokud je nutné extrakt delší dobu skladovat, je nejlepší dát jej do lednice. Pozorování fluorescence: Extrakt pozorujte v procházejícím světle a poté v silném bočním osvětlení, zaznamenejte si barvu roztoku. Barva extraktu je dána převažujícími chlorofyly A a B, ty pohlcují červené světlo, takže po průchodu světla roztokem je červené světlo pohlceno a my vidíme doplňkovou barvu, tedy zelenou. Avšak při pozorování z boku nevidíme světlo prošlé, nýbrž převážně světlo vzniklé fluorescencí (protože je vyzařováno rovnoměrně do všech směrů), a to je v případě chlorofylu červené. Rozdělení směsi barviv pomocí chromatografie na tenké vrstvě: Do chromatografické nádoby nalijte směs organických rozpouštědel benzín, 2-propanol a voda v poměru 100:10:0,25, aby hladina rozpouštědla byla asi 0,5-1 cm vysoko, a nechte ji uzavřenou stát, aby se vzduch uvnitř nasytil parami rozpouštědla. Mezitím si připravte chromatografickou desku, na niž asi 2 cm od zdola měkkou tužkou nakreslete startovní čáru. Na tuto čáru pak pomocí kapiláry (kapátka) naneste dostatečně koncentrovaný extrakt. Na jednu desku lze nanést několik skvrn, ty však musí být navzájem vzdálené alespoň 2 cm. Vysušení skvrn lze urychlit použitím fénu na vlasy či horkovzdušné pistole (teplota desky by neměla překročit 50 C). V případě nižší koncentrace barviv lze extrakt na jedno místo nanést i opakovaně. Desku s nanesenými vzorky pak opatrně vložte do chromatografické nádoby a sledujte průběh dělení. Chromatografii je třeba ukončit dříve, než čelo rozpouštědla dosáhne horního okraje desky. Po vyjmutí desky označte místo, kam až rozpouštědlo doputovalo, a pak ji vysušte. Obyčejnou měkkou tužkou pak obtáhněte zóny barviv. Nejrychleji by se za těchto podmínek měl pohybovat β-karoten, po něm následují: chlorofyl A, (feofytin), chlorofyl B, lutein (xanthofyl), (lutein-5,6-epoxid), (violaxanthin) a (neoxanthin).